图像的颜色及Halcon颜色空间转换

图像的颜色能真实地反映人眼所见的真实世界。图像的颜色信息，特别是通道信息，有助于感兴趣特征的描述，也有利于从空间域上对图像进行分割或增强操作。下面将介绍图像的色彩表达方式及其通道操作。

一. 图像的色彩空间

1. RGB颜色

RGB 是我们最熟悉的一种表示颜色的方式，也就是彩色。彩色图像的每个像素拥有3个通道，各8位，分别表示R（Red，红色）、G（Green，绿色）、B（Blue，蓝色）3个分量，各自的取值范围都为0 -255。将这3种分量组合，可以得到更多的颜色表示方式。例如，红色和绿色结合可以产生黄色，红色和蓝色结合产生红色，绿色和蓝色结合产生青色。这3种颜色分量也可以用来表示不同等级的灰色。例如，当3个分量都为0时，表示的颜色是黑色；当3个分量都为最大值255时，将得到白色。3个分量的组合，将产生范围为0~255的由深到浅的灰色。

2. 灰度图像

灰度图像即单通道图像，每个像素的灰度值为0~255，其中0表示全黑，255表示全白。对于显示或者形态学处理等操作来说，灰度图像已经足够满足需求。因此，为了节约计算量并加快处理速度，也会将彩色图像转化为灰度图像进行处理。在Halcon中，可以使用rgb1_to_gray 算子或rgb3_to_gray 算子将彩色图像转化为灰度图像。注意，灰色并不是RGB分量的等比例组合，RGB分量的权重各不相同。

3. HSV/ HSI

HSV分别代表色调（Hue）、饱和度（Saturation)、纯度（Value）。HSI则表示色调（Hue）、饱和度（Saturation)、亮度（Intensity）。
色调反映了人眼对颜色的感觉，如看上去是红色还是蓝色。饱和度反映了颜色中所含的颜色数量的差别，如红色和粉色的饱和度就不相同。纯度或者亮度反映的是光线对颜色的影响程度，或者说是颜色的密度，如深灰和浅灰的差别。
当RGB颜色空间不足以区分检测目标与背景时，可以使用HSV/HSI进行尝试。例如，检测深蓝背景上的浅蓝色目标，可以使用饱和度或者明度进行区分；又如，当对RGB通道的图像进行平滑滤波等降噪操作时，图像的颜色分量将发生变化，而如果是在HSI分量上操作则不会有这个问题。
因此，可以根据具体要求，将图像从RGB抓换为HSV/HSI，或者由HSV/HSI重新转换为RGB。

二. Bayer 图像

某些专业级相机会使用3个滤镜，分别将光线分为红、绿、蓝3个分量，以此来获取彩色图像。但是由于其成本高，实用性不强，没有得到广泛使用。更多的做法是使用单芯片和一个Bayer滤色片过滤不同颜色的光线并得到不同通道的颜色信息，用这种方法输出的图像就是Bayer图像，即每个像素只有一个颜色分量的图像。
一般情况下，相机或者其驱动程序会自动对Bayer图像进行一些转换，并输出正常的RGB图像。但有些时候，如果未使用Halcon的图像采集接口，而是用相机SDK采集的图像，则可能会输出未经处理的 Bayer 图像，如图所示。

图（a）为相机采集得到的Bayer图像，图（b）为图 （a）的Bayer 图像放大两倍后的局部图像，图（c）为该Bayer 图像局部放大多倍后的像素排列图。例如，图（c）中的第一行第一列的像素标注为G，表示该像素对应于绿色通道中该位置的像素灰度值；第一行第二列的像素标注为B，表示该像素对应于蓝色通道该位置的灰度值。因此，Bayer 图像的类型也是由该像素排列图的前两个像素决定的。
如果要将 Bayer 图像转换为RGB图像，可以使用Halcon中的cfa_to_rgb算子进行色彩的转换。cfa to_rgb算子根据输入图像的Bayer 图像类型，通过插值的方式获取RGB图像。该算子包括以下4个主要参数。
（1）参数1：CFAImage，表示输入的Bayer图像。
(2）参数2：RGBImage，表示输出的RGB彩色图像。
(3）参数3：CFAType，表示 Bayer 图像的类型，即采用哪种编码方式。如图（c）所示,该图像中第一行的前两个像素为G和B，因此该图的CFAType应该选择bayer_gr。其他类型还有bayer_gr、bayer_bg、bayer_rg，应根据具体类型进行选择。
（4）参数4：Interpolation，表示插值的方法。默认选择biliner，还可以选择biliner_dir或
biliner_enhanced。前者会减少插值后的锯齿，使边缘更平滑；后者又在前者的基础上优化了插值结果，使颜色更加真实，但是相应的代价是运行时间更长了。

三. 颜色空间的转换

在图像处理的过程中，有时仅参考RGB颜色空间无法得到理想的结果，这就需要对颜色空间做一些转换。例如，使用HSV或者HSI颜色空间，可以通过色调、饱和度、亮度信息来对图像好行处理。例如，若要识别具体的颜色，可以使用HSV空间中的H分量（色调）或者S分量（饱和度进行判断；又如，若要调整图像的亮度，可以使用HSV空间中的V分量（色调）进行调整。
Halcon支持多种颜色空间的快速转换，如transfrom_rgb、trans_to_rgb、create_color_trans lut，下面举例说明。

1. trans_from_rgb算子

该算子用于将一个RGB图像转换成任意的颜色空间，该算子有7个主要的参数。参数1_{3分别为输入的RGB3个通道的图像。参数4}6分别为输出的3个通道的图像。参数7为输出图像的颜色空间，可选的有HSV、HIS、YIQ、YUV、CIELab等。

2. trans_to_rgb算子

该算子与trans from_rgb算子的作用正好相反，它用于将任意颜色空间的3个通道图像转换成RGB图像，该算子有7个主要的参数。参数1_{3分别为输入的3个通道的图像。参数4}6分别为输出的RGB3个通道的图像。参数7为输入图像的颜色空间，可选的有HSV、HIS、YIQ.YUV、CIELab等。

3. create_color_trans_lut算子

该算子的功能是创建一个颜色查找表（Look up Table,LUT），用于将RGB图像转换成另一个颜色空间。颜色查找表是一种预定义的颜色“索引”，可以将256色的RGB值分别进行指定。简言之，就是将原始颜色通过查表的方法赋值为另一种颜色。
该算子的第1个参数为ColorSpace，表示转换操作的另一种颜色空间；第2个参数为TransDirection，表示转换的方向，如fromrgb或者to_rgb；第3个参数为NumBits，表示输入图像的位数，也是输出图像的位数；第4个参数为输出的LUT的句柄。